RU115492U1 - Устройство для измерения скорости поверхностных акустических волн - Google Patents

Abstract

Устройство для измерения скорости поверхностных акустических волн, содержащее генератор импульсов, выход которого подключен к пьезоэлектрическому излучателю поверхностных акустических волн, приемный электромагнитно-акустический преобразователь с индуктором и осциллограф, отличающееся тем, что индуктор электромагнитно-акустического преобразователя выполнен в виде двух прямых проводников, соединенных с осциллографом и расположенных на плоском основании.

Description

Предлагаемое техническое решение может быть использовано в машиностроительной, металлургической и других отраслях промышленности, в частности, при оценке напряженного состояния в конструкционных материалах. Наиболее широкое применение получили методы оценки напряженного состояния по измерению скорости акустических волн.

Известен ультразвуковой измеритель механических напряжений ИН-5101 А производства ООО «ИНКОТЕС», содержащий пьезопреобразователь, осуществляющий излучение, и прием ультразвука (Камышев А.В., Никитина Н.Е., Смирнов В.А. Измерение остаточных напряжений в ободьях железнодорожных колес методом акустоупругости. - Дефектоскопия. 2010, №3. С.50-54.). С помощью измерителя непосредственно измеряли время распространения (задержки) двух взаимно-перпендикулярных сдвиговых волн, а по значению задержек определяли остаточные напряжения. В качестве контактной жидкости использовалась эпоксидная смола без отвердителя. На точность измерения скорости влияет толщина контактной жидкости у пьезоэлектрического пьезопреобразователя как при излучении, так и при приеме ультразвука. Также при прохождении через слои контактной жидкости изменяется форма сигнала, свидетельствующая о дополнительном набеге фазы. Следовательно, контроль напряжений с использованием этого измерителя не обеспечивает достаточной точности измерения напряжений. Также из-за больших размеров пьезопреобразователей невозможен контроль на малых базах измерения.

Используемые электромагнитно-акустические преобразователи (ЭМАП) позволяют бесконтактно вводить и принимать ультразвуковые колебания и тем самым исключить влияние контактной жидкости. ЭМАП состоит из электромагнита или постоянного магнита, создающего постоянное магнитное поле, и индуктора, выполненного в виде катушки (SU 1357834, G01N 29/04, заявл. 06.01.1986, опубл. 07.12.1987). При пропускании по индуктору высокочастотного тока, на поверхности изделия наводятся вихревые токи, и при взаимодействии с постоянным магнитным полем возникают силы Лоренца, являющиеся источником ультразвуковых волн. При приеме сигнала смещения частиц среды создают вблизи поверхности переменное электромагнитное поле, которое индуцирует ЭДС в индукторе ЭМАП. Однако из-за низкого коэффициента преобразования ЭМАП не находят широкого применения. Большие размеры индуктора не позволяют измерять скорость ультразвука на малых расстояниях.

Известна спекл-интерферометрическая установка для бесконтактного измерения скорости ультразвуковой волны Релея на малых базах, обеспечивающая повышение воспроизводимости результатов измерений и возможность применения для изучения корреляции между скоростью волны РЕЛЕЯ и микроискажениями кристаллической решетки сталей, возникающие при термической обработке (А.П.Владимиров, Э.С.Горкунов, П.С.Еремин и др. Спекл-интерферометрическая установка для бесконтактного измерения скорости ультразвуковой волны Релея // Приборы и техника эксперимента. - 2010. №1.- С.128-131). Установка содержит генератор электрических импульсов, установленный на образце контактный преобразователь релеевских волн и освещенных лазером на два участка поверхности, регистрируемые фотоприемником спекл-интерферометрического устройства, осциллограф. Устройство регистрации смещений поверхности содержит лазер, фокусирующую линзу, светоделительную призму, два зеркала, фотодиод с предусилителем.

Электрические импульсы с генератора поступают на контактный преобразователь релеевских волн. При последовательном прохождении колебаний по освещенным участкам поверхности образца, регистрируются сигналы с помощью фотоприемника, помещенного в области перекрытия спеклов. Два сформированных пучка света, полученных при интерференции спекл-полей в области фотоприемника, усиливаются предусилителем и поступают для измерения временного интервала между ними на вход осциллографа. Спекл-интерферометрические установки очень чувствительны к внешним колебаниям, поэтому эти установки собираются на массивном основании. Уровни сигналов зависят от отражательной поверхности образца и от засветки общего освещения. Кроме этого, эти установки достаточно сложны, требуют высокой квалификации обслуживающего персонала и малопригодны для промышленного применения. База измерения ограничена диаметром светового пятна лазера на поверхности, уменьшение которого приводит к спаду интенсивности на поверхности и срыву работы спекл-интерферометрического устройства.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение точности измерения и упрощение установки.

Указанная задача решается тем, что в устройстве для измерения скорости поверхностных акустических волн, содержащее генератор импульсов, выход которого подключен к пьезоэлектрическому излучателю поверхностных акустических волн, приемный электромагнитно-акустический преобразователь с индуктором и осциллограф, согласно предложению, индуктор электромагнитно-акустического преобразователя выполнен в виде двух прямых проводников, соединенных с осциллографом и расположенных на плоском основании.

Сущность полезной модели приведена на фиг.1, где дана принципиальная схема предлагаемого устройства, на фиг.2 - расположение индуктора в виде двух прямых проводников на приемном ЭМАП; на фиг.3 и 4 - приведены осциллограммы сигналов, снимаемых с индуктора и регистрируемых на двухканальном осциллографе.

Устройство содержит генератор 1, выход которого соединен с пьезоэлектрическим излучателем 2 поверхностных акустических волн, приемный электромагнитно-акустический преобразователь 3, включающий постоянный магнит 4 и расположенный на основании 5 индуктор 6, выполненный в виде двух прямых проводников 7 и 8, расположенных на расстоянии d друг от друга и соединенных с осциллографом 9.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение от генератора 1 (фиг.1) подается на пьезоэлектрический излучатель поверхностных акустических волн 2, преобразующий его в поверхностную ультразвуковую волну, распространяющуюся на поверхности образца 10. При распространении по поверхности образца волна достигает приемного ЭМАП, состоящего из магнита 4 и индуктора 6, выполненного в виде двух прямых проводников 7 и 8. Сигналы с ЭМАП поступают для измерения временного интервала между ними на вход осциллографа 9.

В предлагаемом устройстве используется комбинация контактного способа возбуждения волны с бесконтактным приемом. Это позволяет увеличить многократно мощность при излучении ультразвука, но при этом производить бесконтактный прием. Кроме того, в применяемом бесконтактном ЭМАП индуктор выполнен в виде двух прямых проводников, находящихся на близком расстоянии друг от друга, что позволяет уменьшить базу измерения и повысить точность измерения.

На фиг.2 пунктирными линиями изображен индуктор ЭМАП, выполненный на плоском основании, например, на одностороннем фольгированном гетинаксе, точками указаны места соединений проводников с фольгой.

Скорость звука определяется из соотношения:

C=d/t,

где d - расстояние между прямыми проводниками;

t - временной интервал.

На фиг.3 и 4 приведены осциллограммы сигналов, снимаемых с индуктора и регистрируемых на двухканальном осциллографе GDS-2202. Эти сигналы получены с поверхности образца 10, изготовленного из анизотропного материала. Расстояние между проводниками составляло 5 мм. При таком близком расположении сигналы, проходя от ближайшего проводника до следующего, практически не меняют форму, что позволяет погрешность, связанную с изменением фазы колебаний. Таким образом, измерение временного интервала между двумя одинаковыми цугами волн по их пикам позволило увеличить точность измерения скорости звука.

Claims (1)

1. Устройство для измерения скорости поверхностных акустических волн, содержащее генератор импульсов, выход которого подключен к пьезоэлектрическому излучателю поверхностных акустических волн, приемный электромагнитно-акустический преобразователь с индуктором и осциллограф, отличающееся тем, что индуктор электромагнитно-акустического преобразователя выполнен в виде двух прямых проводников, соединенных с осциллографом и расположенных на плоском основании.